玻璃纤维连续毡是一种具有各向同性、耐冲刷和机械强度高等优点的新型玻纤无纺增强基材,其复合材料制品广泛应用于航空航天、风力发电和军工等重要领域。连续毡依靠若干原丝抛掷堆叠和粘接剂的粘接成型。原丝的抛掷作为连续毡重要的成型工艺之一,是产品质量的重要关卡。然而,抛丝机高速运转常伴随着气流的产生,而气流是引起原丝铺展不均匀进而导致连续毡产品质量下降的主要因素之一。因此,深入开展抛丝机的外流场特征分析和性能优化显得尤为重要。当前国内外研究学者对抛丝机的研究,大都是机械结构设计及控制系统开发,相关研究也不够完善,尤其针对抛丝机外流场的流动状态和各参数分布仍有待进一步探究,但实际流场测量相对困难。随着计算机技术的发展,计算流体力学技术（Computational Fluid Dynamics,CFD）的可重复性和流场可视化使抛丝机外流场特性研究成为可能。为实现抛丝性能优化的目标,本文针对高速气流引起的铺丝不均匀问题,利用CFD数值模拟技术,系统地分析了抛丝机旋转部件对外流场特性的影响,揭示了主要影响因素——拉轮的作用机理,并针对其单元结构开展改进设计和数值模拟验证,为优化抛丝性能和提高连续毡产品质量提供了理论基础。文中主要研究内容和方法包括以下几个方面:1.抛丝机多流域耦合数值模拟方法抛丝机主要结构组成包括指轮和拉轮,两者以自转和公转相配合的工作方式进行抛丝。为精确捕捉流场特征,基于旋转坐标系下的基本流动控制方程和湍流特征,采用RNG k-ε模型对抛丝机二维截面和三维特征下的湍流结构进行数值模拟。研究了抛丝机多流域耦合的计算方法,提出利用动网格技术实现二维尺度下指轮和拉轮的“类啮合”特征。通过简化的抛丝机三维流道几何模型,结合滑移网格技术解析抛丝机指轮和拉轮在交界面处的流动。2.抛丝机二维截面数值模拟与主要影响因素分析为明确指轮和拉轮中影响抛丝机外流场的主要因素,以高速气流区径向分布半径为衡量标准,分别对指轮自转和拉轮自转及指轮和拉轮“类啮合”的数值模拟结果进行后处理分析和研究。结果表明拉轮自转外流场影响程度大于指轮自转,并发现拉轮自转外流场高速气流区存在共同转动现象。对拉轮自转及指轮和拉轮“类啮合”速度场分布规律展开对比分析,结果表明指轮和拉轮“类啮合”处速度叠加导致后高速气流区分布范围沿径向扩散,但共同转动现象依然存在,进一步说明拉轮为抛丝机外流场形成的主要影响因素。3.基于方柱绕流的抛丝机拉轮作用机理研究依据静止边界和运动边界的绕流基本原理,拉轮作用于静止空气可看作运动边界绕流。为验证湍流模型和网格模型的正确性,对与拉轮单元结构类梯形特征长度相同的二维静止方柱绕流进行数值模拟,监控其气动性能系数并与公开发表数据进行对比,结果吻合较好。基于相同的边界条件,探索静止类梯形绕流的尾流场特征,并对比分析类梯形做直线运动和圆周运动的尾流形态。结果表明两者尾流均沿运动轨迹波动,但前者尾流逐渐耗散,后者尾流随运动周数增加相撞叠加形成高速气流区。为整体解析拉轮作用机理,依据上述尾迹流动特征,进行多个类梯形做圆周运动时的尾流场仿真分析。分析结果表明,类梯形个数增加使尾流相撞叠加周期缩短,尾流宽度增加且以拉轮运动边界为界限被分为内外两个高速气流区,从而揭示了拉轮作用机理。4.抛丝机三维特征数值模拟及结构改进设计与验证为优化抛丝性能,基于尾流场特征研究和拉轮作用机理,以原拉轮单元结构为基础建立六种不同宽高比的类梯形几何模型,对各种模型下单个类梯形做圆周运动的尾迹流动特征进行对比分析,结果表明尾流宽度与类梯形径向高度成正比,与周向宽度成反比。为进一步验证上述结论,选取其中四种模型进行主要因素数值模拟验证。结合验证结果确定相对最优模型,开展改进结构数值模拟计算。结果表明,类梯形径向高度减小能有效改善抛丝机外流场,抑制外流场高速气流区的径向扩散,并降低气流速度,为优化抛丝机性能提供了一定基础。